פרוטוקול גירוי מגנטי טראנס מקוון למדידת פיזיולוגיה בקליפת המוח הקשורים עם עיכוב התגובה
Summary
אנו מתארים תהליך ניסוי לכמת דעתנית וניגוד של קליפת מנוע העיקרית במהלך משימה עיכוב תגובה מוטורית באמצעות גירוי מגנטי טראנס לאורך כל הקורס של פעילות אות לעצור.
Abstract
אנו מתארים את התפתחות פעילות עיכוב תגובה מוטורית לשחזור ידידותיים מתאים באינטרנט גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) אפיון של קליפת מנוע העיקרית (M1) דעתנית וניגוד. עיכוב התגובה המוטורית מונעת פעולות לא רצויות, והוא לא נורמלי בתנאים מנוטלי מספר. TMS היא טכנולוגיה לא פולשנית אשר יכולים לכמת M1 דעתנית וניגוד באמצעות פרוטוקולי יחיד – ו לזווג-הדופק יכול להיות מתוזמן בדיוק ללמוד פיזיולוגיה קורטיקלית עם רזולוציה טמפורלית גבוהה. לשנות את הפעילות אות עצירה סלייטר-Hammel (S-H) המקורית כדי ליצור גרסה “מירוצים” עם פולסים TMS נעול זמן כדי אינטרה-הניסיון אירועים. משימה זו היא מקורסי, עם כל הניסיון בייזום לאחר לדחוף כפתור כדי להזיז המרוץ לקראת המטרה 800 ms. ללכת ניסויים דרוש טרמפ-אצבע כדי לעצור את המרוץ. בדיוק לפני יעד זה. וביניהם באקראי הם ניסויים עצירה (25%) שבמהלכו האות עצירה שהותאמו באופן דינמי יבקש נושאים למניעת הרמת אצבע. לניסויים קדימה, TMS פולסים נמסרו ב 650 ms לאחר תחילת המשפט; בעוד לניסויים עצירה, הפולסים TMS אירעה 150 מילישניות לאחר האות עצירה. התזמונים של הפולסים TMS היו החליטה מבוססת על אלקטרואנצפלוגרם (EEG) מחקרים המראים שינויים הקשורים לאירוע בטווחי זמן אלה במהלך משימות אות התחנה. משימה זו נחקרה 3 רחובות בשני אתרים המחקר (n = 38) והקלטנו את התנהגות וביצועי הקשור לאירוע פוטנציאל עורר מנוע (חבר הפרלמנט האירופי). רגרסיה דגמי שימש כדי לנתח amplitudes חבר הפרלמנט האירופי באמצעות גיל כמו covariate עם מספר משתנים עצמאיים (מין, ללמוד באתר, בלוק, TMS דופק תנאי [יחיד לעומת לזווג…-דופק], ניסיון במצב [קדימה, די מוצלח, נכשל להפסיק]). ניתוח הנתונים הראה TMS. דופק תנאי (p < 0.0001) והאינטראקציה שלו עם תנאי הניסיון (p = 0.009) היו משמעותיים. יישומים עתידיים עבור זו הפרדיגמה S-H/TMS באינטרנט כוללים התוספת של רכישת EEG בו זמנית כדי למדוד את פוטנציאל EEG עורר-TMS. מגבלה פוטנציאליים נמצא כי אצל ילדים, הצליל הדופק TMS יכול להשפיע על ביצועי המשימות התנהגותית.
Introduction
עיכוב התגובה היא היכולת למניעת פעולות לא רצויות האלה יכולים להפריע מטרות פונקציונלי המיועד באופן סלקטיבי. 1 הרשת cortico-striatal אנושות מעורב עיכוב תגובה, אשר בהדרגה הופך יעיל יותר בתור ילדים בוגרים אבל הוא לקוי בתנאים מנוטלי רבים כגון קשב היפראקטיביות ההפרעה ( ADHD), לקויות למידה, בהפרעה טורדנית-כפייתית, והפרעת סכיזופרניה. 2 , 3 עיכוב התגובה המנוע תוכל להיבדק עם תפיסות התנהגותיות שונות כגון פעילויות גו/NoGo (GNG) ושידור להפסיק (SST). 1 , 4 נתונים התנהגותיים לבד אינו מספק מידע אודות פוטנציאל לשינוי, הניתנות לכימות, מנגנונים ביולוגיים. המטרה הכללית במחקר הנוכחי היה לפתח שיטה ידידותית לילד כדי להעריך את הפיזיולוגיה motor cortex במהלך הביצוע של עיכוב תגובה, כדי לפתח סמן כמותי המבוסס על המוח של המצע עצבית של פעילות זו. סמנים ביולוגיים כזה יכול להיות רחב יישום מחקרים חזוי של האבחנה או הטיפול בהפרעות neurobehavioral.
למטרה זו, החוקרים שנבחרו ולשנות את הפעילות של סלייטר-Hammel (S-H)5. זהו אות עצירה שלפעילות המצריכה למשתתפים לעכב פעולה מחיישנים שנוצר באופן פנימי. משימה זו מקורסי מורכב גם ללכת וגם לעצור ניסויים. לכי ניסויים מבוצעים על ידי הנושא הקשה ושמירה על לחץ על לחצן, עם הדרכה כדי להרים את האצבע הכפתור (כלומר פעולה קדימה) ייערך בו, אבל לפני המטרה 800 ms. ב התבנית המקורית, מציינים זמן על שעון עם יד מסתובב במהירות. תחנת ניסויים הם וביניהם באופן אקראי בין קדימה ניסויים במהלכם האדם חייב לעכב את הפעולה קדימה מתוכנן מראש (כלומר למנוע הרמת אצבע). הפעילות אות התחנה קשה יותר כי נושאים יש לעכב תגובה בהקשר של אות ללכת מתוכנתים מראש, ואילו בפעילות GNG, ההחלטה היא אם ליזום או לא ליזום פעולה עם אין פקודות מוקדמת. 6 בנוסף על כך, זה עשוי להיות מדויק יותר לחקור עיכוב תגובת באמצעות משימות אות התחנה כי בפעילות GNG, עקבי מתאמים בין אותות ותגובות עלול לגרום עיכוב אוטומטית. 7 הוא עיכוב אוטומטית התיאוריה כך עקבי מיפוי בין האות לבין התגובה (דהיינו אות ללכת תמיד תוצאות בתגובה ללכת ולהיפך) מוביל בעיבוד אוטומטי במהלך הניסוי כך, המבחנים עצירה בחלקו דרך בשליפת זיכרון מעובדים עוקף פקדים מסוימים מנהלים. 8 , 9
גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) היא טכנולוגיה לא פולשנית יכול לשמש כדי למדוד פיזיולוגיה קורטיקלית. משתמש יחיד, לזווג-דופק גירויים פרדיגמות, אחד יכול לכמת דעתנית קורטיקלית וניגוד. למרות מחקרים שפורסמו TMS ביותר לחקור פיזיולוגיה קורטיקלית במנוחה, כמה קבוצות בחנו דעתנית בקליפת המוח/עיכוב במהלך הכנה נפשית לקראת פעולה10 ובמהלך מצבים קוגניטיביים שונים אשר עשוי לבוא לידי ביטוי מנוע פיזיולוגיה של קליפת המוח. 11 , 12 , 13 , 14 גישה תפקודית זו TMS (fTMS) דורש מדידות TMS מקוון בעוד המשתתפים הם מטלות התנהגותיות, ובכך מאפשר את אחד בדיקה בקליפת המוח משתנה זה הם תלויי מדינה עם רזולוציה טמפורלית גבוהה. מתן מידע בזמן אמת על שינויים neurophysiologic באופן כזה מרחיבה החקירה הפיזיולוגיות של השליטה המוטורית15,16 ו17,התנאים מנוטלי18, 19,20.
FTMS מוקדמת מחקרים בחנו קורטיקלית מנגנוני עיכוב התגובה במבוגרים בריאים באמצעות GNG14 ו- SST משימות15,16,21. יתר על כן, מחקר אחד הראה כי מנה אחת של מתילפנידאט שונה המוטוריים בקליפת המוח הפיזיולוגיה של מבוגרים בריאים במהלך ניסוי fTMS/GNG. 22 עד כה, ישנן שתי קבוצות שפרסמו מחקרים fTMS בילדים באמצעות פעילות GNG לאפיין קורטיקלית הפיזיולוגיה של ADHD23 ו תסמונת טורט17. אין כרגע אף מחקר שפורסם fTMS ניצול SST באוכלוסיית ילדים.
נושא קריטי במחקרים fTMS, במידה רבה הרבה יותר מאשר מחקרים TMS מנוחה-לבד, הוא חפץ שריר. מדדים מתוקננים משטח אלקטרומיוגרפיה (EMG) של משרעת וזמן ההשהיה של פוטנציאל עורר מנוע (חבר הפרלמנט האירופי) בטח לא תימנעו שריר החפץ. אז, לדוגמה, ללמוד קורטיקלית שינויים לקראת תנועה במחקר זמן התגובה, TMS פולסים חייב להיות בדיוק בעיתוי להתרחש לאחר אות ללכת, אך לפני זמן התגובה של הפרט. וכך בפעילויות, חיוני להבטיח כי TMS פולסים מתרחשות באותו זמן כאשר התגובה מנוע טרם החלה, כי המשתתף הוא נוח ולא מסוגלים לשמור על השרירים הרלוונטיים במנוחה. זה יכול להיות בעייתי במיוחד עם ילדים hyperkinetic ייתכן בעלי תנועות שאינם שייכים באופן טבעי, מי יכול לשמור שלהם זרוע וכף יד מתח לאורך זמן תגובה משחק…
מטרת המחקר הנוכחי היא לפתח גרסה של SST סלייטר-Hammel ידידותיים, מתאים ללמוד פיזיולוגיה קליפת מנוע העיקרית (M1). משימה זו צריכה להיות מובנת בקלות 1) לילדים, קל יחסית 2) להשלמת לילדים, 3) תואם TMS באינטרנט.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה היא שיטה ידידותיים הרומן של שילוב של TMS לבחון עיכוב קורטיקלית הקשור לאירוע של פעילות אות התחנה. תצפיות קליניות של גירעונות מעכבות מנוע וביצועים המסכן במשימות אות עצירה הוכחו בתנאים מנוטלי רבים. 3 חוקרים מעטים יחסית השתמשו fTMS מקוון כדי לבחון דעתנית קורטיקלית וניגו?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי נבחרת המכון לבריאות הנפש (R01MH095014).
Materials
| Precision Gamepad | Logitech | G-UG15 | |
| Acquisition Interface Model ACQ-16 | Gould Instrument Systems Inc | ACQ-16 | |
| Micro1401-3 Data Acquisition Unit | Cambridge Electronic Design Ltd | Not applicable | |
| Signal version 6 software (Windows) | Cambridge Electronic Design Ltd | Not applicable | |
| Power base | Coulbourn Instruments | V15-17 | |
| Bioamplifier with filters | Coulbourn Instruments | V75-04 | |
| Conductor electrode cables (for surface EMG) | Coulbourn Instruments | V91-33 | |
| 2002 TMS device | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| BiStim2 module | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| 90mm circular TMS coil | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| Presentation software (Windows) | Neurobehavioral Systems Inc | Not applicable | |
| Windows computer | Not applicable |
Referências
- Mostofsky, S. H., Simmonds, D. J. Response inhibition and response selection: two sides of the same coin. J Cogn Neurosci. 20 (5), 751-761 (2008).
- Barkley, R. A. Response inhibition in attention-deficit hyperactivity disorder. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 5 (3), 177-184 (1999).
- Lipszyc, J., Schachar, R. Inhibitory control and psychopathology: a meta-analysis of studies using the stop signal task. J Int Neuropsychol Soc. 16 (6), 1064-1076 (2010).
- Verbruggen, F., Logan, G. D. Models of response inhibition in the stop-signal and stop-change paradigms. Neurosci Biobehav Rev. 33 (5), 647-661 (2009).
- Slater-Hammel, A. T. Reliability, accuracy, refractoriness of a transit reaction. Research Quarterly. 31 (2), 217-228 (1960).
- Johnstone, S. J., et al. The development of stop-signal and Go/Nogo response inhibition in children aged 7-12 years: performance and event-related potential indices. Int J Psychophysiol. 63 (1), 25-38 (2007).
- Verbruggen, F., Logan, G. D. Automatic and controlled response inhibition: associative learning in the go/no-go and stop-signal paradigms. J Exp Psychol Gen. 137 (4), 649-672 (2008).
- Logan, G. D. Toward an instance theory of automatization. Psychol Rev. 95 (4), 492-527 (1988).
- Schneider, W., Shiffrin, R. M. Controlled and Automatic Human Information Processing: I. Detection, Search, and Attention. Psychol Rev. 84 (1), 1-66 (1977).
- Chen, R., Yaseen, Z., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of corticospinal excitability in reaction time and self-paced movements. Ann Neurol. 44 (3), 317-325 (1998).
- Yamanaka, K., et al. Human cortical activities during Go/NoGo tasks with opposite motor control paradigms. Exp Brain Res. 142 (3), 301-307 (2002).
- Majid, D. S., Cai, W., George, J. S., Verbruggen, F., Aron, A. R. Transcranial magnetic stimulation reveals dissociable mechanisms for global versus selective corticomotor suppression underlying the stopping of action. Cereb Cortex. 22 (2), 363-371 (2012).
- Majid, D. S., Lewis, C., Aron, A. R. Training voluntary motor suppression with real-time feedback of motor evoked potentials. J Neurophysiol. 113 (9), 3446-3452 (2015).
- Fujiyama, H., Tandonnet, C., Summers, J. J. Age-related differences in corticospinal excitability during a Go/NoGo task. Psychophysiology. 48 (10), 1448-1455 (2011).
- van den Wildenberg, W. P., et al. Mechanisms and dynamics of cortical motor inhibition in the stop-signal paradigm: a TMS study. J Cogn Neurosci. 22 (2), 225-239 (2010).
- Coxon, J. P., Stinear, C. M., Byblow, W. D. Intracortical inhibition during volitional inhibition of prepared action. J Neurophysiol. 95 (6), 3371-3383 (2006).
- Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. , (2013).
- Heise, K. F., et al. Altered modulation of intracortical excitability during movement preparation in Gilles de la Tourette syndrome. Brain. 133 (2), 580-590 (2010).
- Gilbert, D. L., Isaacs, K. M., Augusta, M., Macneil, L. K., Mostofsky, S. H. Motor cortex inhibition: a marker of ADHD behavior and motor development in children. Neurology. 76 (7), 615-621 (2011).
- Wu, S. W., Gilbert, D. L., Shahana, N., Huddleston, D. A., Mostofsky, S. H. Transcranial magnetic stimulation measures in attention-deficit/hyperactivity disorder. Pediatr Neurol. 47 (3), 177-185 (2012).
- Chiu, Y. C., Aron, A. R., Verbruggen, F. Response suppression by automatic retrieval of stimulus-stop association: evidence from transcranial magnetic stimulation. J Cogn Neurosci. 24 (9), 1908-1918 (2012).
- Kratz, O., et al. Effects of methylphenidate on motor system excitability in a response inhibition task. Behav Brain Funct. 5, 12 (2009).
- Hoegl, T., et al. Time course analysis of motor excitability in a response inhibition task according to the level of hyperactivity and impulsivity in children with ADHD. PLoS One. 7 (9), e46066 (2012).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clin Neurophysiol. 122 (8), 1686 (2011).
- Mills, K. R., Nithi, K. A. Corticomotor threshold to magnetic stimulation: normal values and repeatability. Muscle & Nerve. 20 (5), 570-576 (1997).
- Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neurociência. 320, 205-209 (2016).
- Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
- Orth, M., Snijders, A. H., Rothwell, J. C. The variability of intracortical inhibition and facilitation. Clin Neurophysiol. 114 (12), 2362-2369 (2003).
- Ziemann, U. TMS and drugs. Clin Neurophysiol. 115 (8), 1717-1729 (2004).
- Sommer, M., Classen, J., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of determination of movement direction in the reaction time task in humans. J Neurophysiol. 86 (3), 1195-1201 (2001).
- Leocani, L., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Ikoma, K., Hallett, M. Human corticospinal excitability evaluated with transcranial magnetic stimulation during different reaction time paradigms. Brain. 123 (Pt 6), 1161-1173 (2000).
- Garvey, M. A., et al. Cortical correlates of neuromotor development in healthy children. Clin Neurophysiol. 114 (9), 1662-1670 (2003).
- Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. 9 (1), 33-44 (2015).
- Wessel, J. R. Prepotent motor activity and inhibitory control demands in different variants of the go/no-go paradigm. Psychophysiology. , (2017).
- Garavan, H., Ross, T. J., Stein, E. A. Right hemispheric dominance of inhibitory control: an event-related functional MRI study. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (14), 8301-8306 (1999).
- Garry, M. I., Thomson, R. H. The effect of test TMS intensity on short-interval intracortical inhibition in different excitability states. Exp Brain Res. 193 (2), 267-274 (2009).
- Chen, R., et al. Intracortical inhibition and facilitation in different representations of the human motor cortex. J Neurophysiol. 80 (6), 2870-2881 (1998).
- van der Kamp, W., Zwinderman, A. H., Ferrari, M. D., van Dijk, J. G. Cortical excitability and response variability of transcranial magnetic stimulation. J Clin Neurophysiol. 13 (2), 164-171 (1996).
- Williams, J., Pearce, A. J., Loporto, M., Morris, T., Holmes, P. S. The relationship between corticospinal excitability during motor imagery and motor imagery ability. Behav Brain Res. 226 (2), 369-375 (2012).
- Roshan, L., Paradiso, G. O., Chen, R. Two phases of short-interval intracortical inhibition. Exp Brain Res. 151 (3), 330-337 (2003).
- Sanger, T. D., Garg, R. R., Chen, R. Interactions between two different inhibitory systems in the human motor cortex. J Physiol. 530 (Pt 2), 307-317 (2001).
- Picazio, S., Ponzo, V., Koch, G. Cerebellar Control on Prefrontal-Motor Connectivity During Movement Inhibition. Cerebellum. 15 (6), 680-687 (2016).
- Picazio, S., et al. Prefrontal control over motor cortex cycles at beta frequency during movement inhibition. Curr Biol. 24 (24), 2940-2945 (2014).
- Obeso, I., et al. Stimulation of the pre-SMA influences cerebral blood flow in frontal areas involved with inhibitory control of action. Brain Stimul. 6 (5), 769-776 (2013).
- Ficarella, S. C., Battelli, L. The critical role of the dorsal fronto-median cortex in voluntary action inhibition: A TMS study. Brain Stimul. 10 (3), 596-603 (2017).
- Cash, R. F., et al. Characterization of Glutamatergic and GABAA-Mediated Neurotransmission in Motor and Dorsolateral Prefrontal Cortex Using Paired-Pulse TMS-EEG. Neuropsychopharmacology. 42 (2), 502-511 (2017).
